Een aangepast transcraniaal occlusiemodel voor de middelste cerebrale slagader om de uitkomsten van een beroerte bij oudere muizen te bestuderen
Summary
Dit protocol demonstreert een uniek muizenslagmodel met een middelgroot infarct en een uitstekende overlevingskans. Dit model stelt preklinische beroerte-onderzoekers in staat om de duur van de ischemie te verlengen, verouderde muizen te gebruiken en functionele resultaten op lange termijn te beoordelen.
Abstract
In experimenteel onderzoek naar beroertes wordt occlusie van de middelste hersenslagader (MCAO) met een intraluminaal filament veel gebruikt om ischemische beroerte bij muizen te modelleren. Het filament MCAO-model vertoont typisch een massaal herseninfarct bij C57Bl/6-muizen dat soms hersenweefsel bevat in het gebied dat wordt geleverd door de achterste hersenslagader, wat grotendeels te wijten is aan een hoge incidentie van atresie van de achterste communicerende slagader. Dit fenomeen wordt beschouwd als een belangrijke oorzaak van het hoge sterftecijfer dat wordt waargenomen bij C57Bl/6-muizen tijdens langdurig herstel van een beroerte na filament MCAO. Veel onderzoeken naar chronische beroertes maken dus gebruik van distale MCAO-modellen. Deze modellen veroorzaken echter meestal alleen een infarct in het cortexgebied, en bijgevolg kan de beoordeling van neurologische gebreken na een beroerte een uitdaging zijn. Deze studie heeft een aangepast transcranieel MCAO-model opgesteld waarin de MCA aan de romp gedeeltelijk permanent of tijdelijk wordt afgesloten via een klein schedelvenster. Aangezien de occlusielocatie relatief dicht bij de oorsprong van de MCA ligt, genereert dit model hersenbeschadiging in zowel de cortex als het striatum. Uitgebreide karakterisering van dit model heeft een uitstekende overlevingskans op lange termijn aangetoond, zelfs bij oudere muizen, evenals gemakkelijk detecteerbare neurologische tekorten. Daarom is het hier beschreven MCAO-muismodel een waardevol hulpmiddel voor experimenteel onderzoek naar beroertes.
Introduction
Bijna 800.000 mensen krijgen elk jaar een beroerte in de VS, en de meeste van deze beroertes zijn ischemisch van aard. Tijdig herstel van de cerebrale doorbloeding met weefselplasminogeenactivator (tPA) en/of trombectomie is momenteel de meest effectieve behandeling voor patiënten met een beroerte; Het volledige herstel van neurologische functies op de lange termijn is echter zeldzaam 2,3. Het zoeken naar nieuwe beroertetherapie die gericht is op functionele verbetering is dus een intensief onderzoeksgebied dat klinisch relevante diermodellen van een beroerte vereist.
Het meest voorkomende ischemische beroertemodel bij knaagdieren maakt gebruik van intraluminale occlusie van de middelste hersenslagader (MCAO) om een beroerte te induceren. In dit model, oorspronkelijk ontwikkeld door Zea Longa in 1989, wordt een nylon filament ingebracht in de interne halsslagader (ICA) om de bloedtoevoer naar de middelste hersenslagader (MCA) te blokkeren4. Dit model heeft echter beperkingen. Ten eerste, wanneer het filament in de ICA wordt ingebracht, kan de bloedtoevoer naar de achterste hersenslagader (PCA) ook gedeeltelijk worden geblokkeerd, vooral bij muizen. Van cruciaal belang is dat de posterieure communicerende slagader (PcomA), een kleine slagader die de voorste en achterste cerebrale circulatie met elkaar verbindt, vaak onderontwikkeld is bij sommige muizenstammen, zoals C57Bl/6, de stam die voornamelijk wordt gebruikt in experimenteel onderzoek naar beroertes. Deze doorgankelijkheid van de PcomA wordt verondersteld bij te dragen aan de variabiliteit in laesiegrootte bij muizen na beroerte5. Inderdaad, wanneer de bloedtoevoer naar de PCA tijdens MCAO snel daalt en de PcomA niet in staat is om voldoende collaterale bloedstroom te bieden, kan het beroerte-infarct zich uitbreiden naar het grondgebied van de PCA. Bovendien leidt in dit model een lange duur van ischemie tot een hogere kans op sterfte bij muizen. Daarom wordt bij muizen meestal een korte MCAO-duur van 30-60 minuten gebruikt. De meeste patiënten met een beroerte ervaren echter een paar uur ischemie vóór de reperfusiebehandeling. Een muisberoertemodel met een verlengde duur van ischemie is dus van hoge klinische relevantie.
Het algemene doel van deze procedure is om ischemische beroerte te modelleren bij muizen met een middelgroot infarct en een uitstekende overlevingskans. Dit transcraniële MCAO-model richt zich op kritieke kenmerken van klinische beroerte, aangezien langdurige ischemie kan worden uitgevoerd en oudere muizen dit model goed verdragen, waardoor de langetermijnbeoordeling van functioneel herstel mogelijk is.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het eerste transcraniële MCA-occlusiemodel werd in 1981 bij ratten vastgesteld11,12 en in 1989 vervangen door het MCAO-model zonder craniectomie4. De initiële transcraniële MCA-occlusie had een breed chirurgisch veld, zodat de hele jukbeenboog werd verwijderd en de spieren lateraal werden getrokken. Lokale weefsels waren gezwollen na de operatie, wat stress veroorzaakte en een verminderde voedselinname voor de dieren veroorzaakte. In on…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs danken Kathy Gage voor haar redactionele ondersteuning. Schemacijfers zijn gemaakt met BioRender.com. Deze studie werd ondersteund door fondsen van de afdeling Anesthesiologie (Duke University Medical Center) en NIH-subsidies (NS099590, HL157354, NS117973 en NS127163).
Materials
| 0.25% bupivacaine | Hospira | NDC 0409-1159-18 | |
| 0.9% sodium chloride | ICU Medical | NDC 0990-7983-03 | |
| 2,3,5-Triphenyltetrazolium Chloride (TTC) | Sigma or any available vendor | ||
| 20 G IV catheter | BD | 381534 | 20 GA 1.6 IN |
| 30 G needle | BD | 305106 | |
| 4-0 silk suture | Look | SP116 | Black braided silk |
| 8-0 suture with needle | Ethilon | 2822G | |
| Alcohol swabs | BD | 326895 | |
| Anesthesia induction box | Any suitable vendor | Pexiglass make | |
| Electrical grinder | JSDA | JD 700 | |
| High temperature cautery loop tip | Bovie | AA03 | |
| Isoflurane | Covetrus | NDC 11695-6777-2 | |
| Laser doppler perfusion monitor | Moor Instruments | moorVMS-LDF1 | |
| Lubricant eye ointment | Bausch + Lomb | 339081 | |
| Mouse rectal probe | Physitemp | RET-3 | |
| Nitrous Oxide | Airgas | UN1070 | |
| Otoscope | Welchallyn | 728 | 2.5 mm Speculum |
| Oxygen | Airgas | UN1072 | |
| Povidone-iodine | CVS | 955338 | |
| Recovery box | Brinsea | TLC eco | |
| Rimadyl (carprofen) | Zoetis | 6100701 | Injectable 50 mg/mL |
| Rodent ventilator | Harvard | Model 683 | |
| Temperature controller | Physitemp | TCAT-2DF | |
| Triple antibioric & pain relief | CVS | NDC 59770-823-56 | |
| Vaporizer | RWD | R583S |
References
- Tsao, C. W., et al. Heart disease and stroke statistics-2022 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 145 (8), e153 (2022).
- Nogueira, R. G., et al. Thrombectomy 6 to 24 hours after stroke with a mismatch between deficit and infarct. The New England Journal of Medicine. 378 (1), 11-21 (2018).
- Fisher, M., Savitz, S. I. Pharmacological brain cytoprotection in acute ischaemic stroke-renewed hope in the reperfusion era. Nature Reviews Neurology. 18 (4), 193-202 (2022).
- Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 20 (1), 84-91 (1989).
- Knauss, S., et al. A semiquantitative non-invasive measurement of PcomA patency in C57BL/6 mice explains variance in ischemic brain damage in filament MCAo. Frontiers in Neuroscience. 14, 576741 (2020).
- Yang, Z., et al. Post-ischemia common carotid artery occlusion worsens memory loss, but not sensorimotor deficits, in long-term survived stroke mice. Brain Research Bulletin. 183, 153-161 (2022).
- Wang, Z., et al. Increasing O-GlcNAcylation is neuroprotective in young and aged brains after ischemic stroke. Experimental Neurology. 339, 113646 (2021).
- Jiang, M., et al. XBP1 (X-box-binding protein-1)-dependent O-GlcNAcylation Is neuroprotective in ischemic stroke in young mice and its impairment in aged mice is rescued by thiamet-G. Stroke. 48 (6), 1646-1654 (2017).
- Li, X., et al. Single-cell transcriptomic analysis of the immune cell landscape in the aged mouse brain after ischemic stroke. Journal of Neuroinflammation. 19 (1), 83 (2022).
- Li, X., et al. Beneficial effects of neuronal ATF6 activation in permanent ischemic stroke. Frontiers in Cellular Neuroscience. 16, 1016391 (2022).
- Tamura, A., Graham, D. I., McCulloch, J., Teasdale, G. M. Focal cerebral ischaemia in the rat: 2. Regional cerebral blood flow determined by [14C]iodoantipyrine autoradiography following middle cerebral artery occlusion. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 1 (1), 61-69 (1981).
- Tamura, A., Graham, D. I., McCulloch, J., Teasdale, G. M. Focal cerebral ischaemia in the rat: 1. Description of technique and early neuropathological consequences following middle cerebral artery occlusion. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 1 (1), 53-60 (1981).
